近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授課題組在高分子領(lǐng)域頂級(jí)綜述期刊《Progress in Polymer Science》（IF=24.505）上發(fā)表了題為 “Polymeric DNA Hydrogel: Design, Synthesis and Applications” 的綜述論文，從高分子材料的角度系統(tǒng)評(píng)述了DNA水凝膠的研究進(jìn)展。主要作者包括天津大學(xué)化工學(xué)院李鳳副教授和碩士生唐建普、耿金慧；合作者包括康奈爾大學(xué)羅丹教授，為本文提供重要指導(dǎo)和建議。
DNA是生命系統(tǒng)的核心遺傳物質(zhì)，引導(dǎo)生物發(fā)育和生命機(jī)能運(yùn)作。從材料化學(xué)角度，DNA是一種天然的生物高分子，具有合成高分子無法比擬的特點(diǎn)。例如：堿基互補(bǔ)配對(duì)特性使DNA具有精準(zhǔn)、高效的自組裝能力；DNA序列多樣可調(diào)，結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)可控，具有豐富的刺激響應(yīng)性；自然進(jìn)化賦予生物體豐富多樣的生物酶，可在分子水平對(duì)DNA進(jìn)行精準(zhǔn)操作；DNA具有良好的生物相容性和生物可降解性。因此，近年來科學(xué)家將DNA作為構(gòu)筑基元合成多種DNA功能高分子材料。其中，DNA水凝膠是一類重要的DNA材料，是以DNA為結(jié)構(gòu)基元構(gòu)筑的三維高分子網(wǎng)絡(luò)，近年來蓬勃發(fā)展。DNA水凝膠既利用了水凝膠的骨架結(jié)構(gòu), 也保留了DNA的生物功能, 實(shí)現(xiàn)了水凝膠材料結(jié)構(gòu)與功能的完美融合，在生物傳感器、藥物遞送、細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白質(zhì)合成、智能器件、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
作者結(jié)合自身的研究工作，從DNA的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)DNA水凝膠的設(shè)計(jì)原則、制備方法、功能調(diào)控和應(yīng)用發(fā)展等方面做了全面地介紹和評(píng)述，對(duì)DNA水凝膠發(fā)展中的標(biāo)志性工作做了全面梳理，探討了在不同的應(yīng)用場景中DNA水凝膠的優(yōu)勢(shì)和不足，對(duì)DNA水凝膠領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)、潛在的解決方案和未來發(fā)展方向做了深入討論。DNA高分子材料的發(fā)展仍然方興未艾，基于DNA分子本身的特點(diǎn)，一方面在精準(zhǔn)化學(xué)和精準(zhǔn)合成方面施展拳腳，另一方面，更多具有出人意料的結(jié)構(gòu)或功能的新材料可望不斷被合成出來，更多激動(dòng)人心的應(yīng)用也亟待開發(fā)。本綜述文章期望推動(dòng)更多高分子專家和材料學(xué)家認(rèn)識(shí)、認(rèn)可并介入這一領(lǐng)域，共同努力推動(dòng)DNA高分子材料的發(fā)展。
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